Question

已知Fe（NO₃）₂受热分解产物为金属氧化物、NO₂、O₂．某兴趣小组同学对固体产物中Fe的化合物进行了如下探究：
【提出假设】
（1）对固体产物中Fe化合价的猜想
猜想一：只显+2价；猜想二：只显+3价；猜想三：

 

．
【实验验证】
（2）同学们设计并验证试验，取适量上述加热分解后的固体于试管中，加入足量的0.1mol/L H₂SO₄溶液，使固体完全溶解，再进行下列实验操作，实验结果证明溶液中只含有Fe³⁺，不含有Fe²⁺．

 

（提示：由于浓度较稀，不能以Fe³⁺和Fe²⁺例子本身的颜色进行确认）
A、先向试管中滴入KSCN溶液，溶液呈红色，再向试管中滴加3%的H₂O₂溶液，溶液呈红色．
B、先向试管中滴入3%的H₂O₂溶液，无明显变化，再向试管中滴入KSCN溶液，溶液呈红色．
C、先向试管中滴入0.01mol/L的高锰酸钾溶液，溶液呈紫色，再向试管中滴入KSCN溶液，溶液呈红色．
D、先向试管中滴入KSCN溶液，溶液呈红色，再向试管中滴加K₃[Fe（CN）₆]溶液，溶液无明显变化．
【实验结论】
（3）根据上述实验结果，证明猜想二正确，请写出Fe（NO₃）₂热分解的化学方程式

 

．
【实验改进】
（4）有同学提出也可以通过测定分解后的气体体积的方式进行分析，于是将分解后的气体进行右图装置的试验，以验证猜想：先向集气瓶中通入分解后的气体，记录通入气体的体积为V₁，然后，打开右侧止水夹，再向吸气瓶中缓慢通入O₂，观察到的现象是：

 

．摇动集气瓶，液面上升，当液体充满集气瓶时，记录通入氧气瓶的体积为V₂．当通入的氧气为V（O₂）=

 

 （用含V₁的代数式表示），证明猜想二成立．

Answer 1

考点：性质实验方案的设计,二价Fe离子和三价Fe离子的检验

专题：实验探究和数据处理题

分析：（1）根据Fe元素有+2价、+3价来分析；
（2）根据铁离子、亚铁离子的检验方法进行判断；
（3）猜想二正确，说明硝酸亚铁分解生成产物只有氧化铁，根据氧化还原反应中化合价升降相等配平反应的化学方程式；
（4）一氧化氮与氧气反应生成红棕色的二氧化氮气体；如果猜想二成立，反应生成二氧化氮与氧气的体积比为8：1，混合气体中二氧化氮为

8

9

V₁，氧气为

1

9

V₁，根据反应4NO₂+O₂+2H₂O=4HNO₃，x=4（y+V₂）判断混合气体完全被吸收还需要的氧气的体积．

解答： 解：（1）Fe元素有+2价、+3价，所以产物可能为：猜想一：只显+2价；猜想二：只显+3价；猜想三：既有+2价又有+3价，
故答案为：既有+2价又有+3价；
（2）A、先向试管中滴入KSCN溶液，溶液呈红色，溶液中含有铁离子，再向试管中滴加3%的H₂O₂溶液，溶液呈红色，法判断原溶液中是否存在无亚铁离子，故A错误；
B、先向试管中滴入3%的H₂O₂溶液，无明显变化，再向试管中滴入KSCN溶液，溶液呈红色，由于先加入了氧化剂双氧水，无法判断原溶液中存在亚铁离子还是铁离子，故B错误；
C、先向试管中滴入0.01mol/L的高锰酸钾溶液，溶液呈紫色，证明溶液中不存在亚铁离子，再向试管中滴入KSCN溶液，溶液呈红色，证明原溶液中一定存在铁离子，故C正确；
D、先向试管中滴入KSCN溶液，溶液呈红色，证明溶液中存在铁离子，再向试管中滴加K₃[Fe（CN）₆]溶液，溶液无明显变化，证明溶液中一定不存在亚铁离子，故D正确；
故答案为：CD；
（3）根据上述实验结果，证明猜想二正确，硝酸亚铁分解生成氧化铁、二氧化氮和氧气，Fe（NO₃）₂热分解的化学方程式为：4Fe（NO₃）₂

△   .

2Fe₂O₃+8NO₂↑+O₂↑，
故答案为：4Fe（NO₃）₂

△   .

2Fe₂O₃+8NO₂↑+O₂↑；
（4）根据化合价变化可知，如果反应生成氧化亚铁，二氧化氮与氧气的体积比为4：1，如果生成氧化铁，则生成的二氧化氮与氧气的体积比大于4：1，将反应后的气体通入水中，如果有气体剩余，则反应后的气体为NO，所以向集气瓶中通入氧气后，无色气体会变成红色，溶液的液面会上升；
再通入氧气体积为V₁时，集气瓶中充满溶液，根据反应4Fe（NO₃）₂

△   .

2Fe₂O₃+8NO₂↑+O₂↑可知，如果猜想二成立，混合气体中二氧化氮体积为

8

9

V₁，氧气为

1

9

V₁，再根据反应4NO₂+O₂+2H₂O=4HNO₃，如果二氧化氮完全反应，需要消耗

1

4

×

8

9

V₁=

2

9

V₁，还需要通入氧气的体积为：

1

9

V₁，
故答案为：瓶内颜色由无色变为红棕色，液面上升；

1

9

V₁．

点评：本题考查了性质实验方案的设计、铁离子和亚铁离子的检验方法，题目难度中等，注意掌握铁离子与亚铁离子的性质及正确的检验方法，明确性质实验方案的设计原则．